[发明专利]用于拉挤工艺的柔软、柔韧的非织造短切纤维垫

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并且要求2009年8月6日提交的题目为“用于拉挤工艺的柔软、柔韧的非织造短切纤维垫”的U.S.临时专利申请序列No.61/231,876的本国优先权，通过引用将其全部内容清楚地并入本文。

技术领域

本发明主要涉及非织造纤维垫，更具体地，涉及柔软、柔韧并且耐受苯乙烯的用于拉挤工艺的非织造短切纤维垫。

技术背景

玻璃纤维可用于各种技术中，并且可以以连续或短切的丝、束、粗纱、织物、非织造物、网和稀松布的形式使用以增强聚合物。增强的聚合物复合材料可以以各种方式由聚合物基体材料、增强材料或任何其他所需的组分形成。使用对得到的复合材料提供尺寸稳定性和优异的机械性能的玻璃纤维增强材料来形成这样的复合材料。例如，玻璃纤维提供尺寸稳定性，原因在于它们对于大气条件的变化不收缩或伸长。此外，玻璃纤维具有高拉伸强度、耐热性、耐湿性和高导热性。

玻璃粗纱和/或玻璃垫通常用于拉挤工艺中以形成拉挤部件。通常地，拉挤包括用适当的树脂材料浸渍连续的粗纱和/或连续的粗纱/垫组合并且使浸渍的粗纱和/或垫通过加热的口模。用液体树脂材料浸渍粗纱以将粗纱内的各个纤维润湿或涂布。然后将涂布的纤维和垫压固并且通过拉挤口模，在此将纤维和垫形成为所需的形状、加热并且使树脂固化以将纤维和垫保持在一起。然后将离开加热口模的复合部件切割为所需的长度。以这种方式，用聚合物树脂浸渍连续的粗纱，并且将树脂和纤维成形为复合材料的形式。

拉挤工艺的连续的性质有利地使得能够得到要制备的任何所需长度的复合材料。但是，存在与拉挤工艺相关的众多问题。一个问题在于树脂浴内。拉挤中使用的树脂系统中的一个组分包括热固性树脂，其通常需要使用挥发性不饱和单体例如苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯。苯乙烯是强力溶剂，并且能够容易使位于增强垫上的粘结剂溶胀和劣化。这样的粘结剂的劣化能够使增强垫弱化并且不能经受住拉挤工艺中遇到的强拉力。

与拉挤工艺相关的另一问题是增强垫上的粘结剂。常规地，将涂布有粘结剂的连续的丝垫(CFM)用于拉挤工艺。尽管连续的丝垫是柔韧的、顺应性的，并且具有优异的对苯乙烯性耐受性，但它们具有几个缺陷。例如，连续的丝垫制造价格高，原因在于连续的丝垫的制造以低速率，即50-75英尺/分钟(fpm)进行。此外，连续的丝垫的利用产生具有不良表面光洁度的层叠体，原因在于形成垫的大的玻璃束。此外，连续的丝垫致密并且对最终制品增重，这可能是不利的特征。

涂布有粘结剂的非织造短切纤维垫也可用于拉挤工艺。由于以较快的速率(即，500-1500fpm)进行制造，因此与连续的丝垫相比，这些垫的制造价格不高。

此外，非织造垫基本上是充分分散的纤维，与连续的丝垫相比，其产生具有较光滑的外观的拉挤部件。此外，在没有对层叠体增加大量的重量的情况下，非织造垫有利地“间隙填充”。尽管这些正面的特性，非织造垫非常刚硬，因此难以形成为复杂形状。此外，垫的刚性产生可能对客户不喜欢的触感。

尽管拉挤工艺具有许多可取的特征，例如能够形成均匀截面的伸长结构体，但仍存在需要改善的与工艺相关的特征和/或项目。因此，本领域中存在对还耐受苯乙烯的更柔软、更柔韧的用于拉挤工艺的垫的需要。

发明内容

本发明的一个例示实施方案中，提供包括热固性树脂、硅烷偶联剂和烃系消泡剂的粘结剂组合物。任选地，粘结剂组合物中包括交联剂。将一种或多种交联剂添加到粘结剂组合物提高对苯乙烯单体的耐受性，由此能够使垫经受住拉挤工艺中遇到的高拉力。例示实施方案中，粘结剂树脂是丙烯酸系聚合物和/或苯乙烯丙烯酸酯，硅烷偶联剂是甲基丙烯酰氧基硅烷，和消泡剂是烃油消泡剂。此外，交联剂可以是树脂系交联剂例如聚丙烯酸/甘油混合物。

在另一例示实施方案中，提供用于拉挤工艺的湿法铺叠短切纤维垫。该湿法铺叠垫由多个无规分散的短切增强纤维形成，该短切增强纤维用上述的粘结剂组合物粘结在一起。该短切纤维垫柔软并且柔韧以能够形成具有复杂形状的拉挤制品。本发明的一个或多个实施方案中，短切纤维垫由短切玻璃纤维形成，该短切玻璃纤维具有约5-约30微米的直径和约0.5-约2.0英寸的长度。

在另一例示实施方案中，提供拉挤部件，其包括(1)多个用热固性树脂浸渍的粗纱和(2)在其上具有上述的粘结剂组合物的湿法铺叠非织造短切纤维垫。多个粗纱和湿法铺叠非织造短切纤维垫被压固并且拉挤成复杂的形状。粘结剂组合物向短切纤维垫提供对于拉挤工艺的热固性树脂中存在的苯乙烯单体的耐受性和柔韧性以能够形成复杂的拉挤部件。